ARM 차기 아키텍쳐 Cortex-A57과 Cortex-A53을 발표

●1프로세스 세대마다 CPU 코어를 쇄신 하는 ARM 

　ARM이 차세대 CPU 코어 Cortex-A5x 시리즈를 발표했다. ARM은, 미국 Santa Clara로 기술 컨퍼런스 「ARM Techcon 2012」를 개최하고 있어, 거기서, Cortex-A57/53의 개요를 밝히고 있다.이번 발표한 A57와 A53는, 어느쪽이나 64-bit 명령을 포함한 ARMv8 명령 세트 아키텍쳐 베이스로, Cortex-A57가 대형의 퍼포먼스 코어, Cortex-A53가 소형의 저전력컨셉의 코어다. ARM이 종래 공개하고 있던 코드네임 가운데, Cortex-A57가 「Atlas(아틀라스)」, Cortex-A53가 「Apollo(아폴로)」가 된다.

Cortex-A57/53 시장은 2013년 말부터 2014년에 등장 할 전망으로, 이미 라이센스 파트너는 설계 데이터 인 RTL을 전달하고 있다고한다. 현재 최신 코어 인 Cortex-A15, 와는 2년 정도의 차이가있다.

　ARM은 Cortex-A57 시스템은 기존의 Cortex-A9 기반의 모바일 기기에 대해 3배의 성능을 발휘하고있다. 그러나 이것은 마이크로 아키텍처의 확장뿐만 아니라, 공정 기술의 발전 등을 가미한 것이다. Cortex-A57/53 대상으로하는 공정 기술은 20nm 이후. Cortex-A9가 45/40nm 이후 Cortex-A15 /7 32/28nm 이상을 대상으로하고 있었기 때문에, ARM은 Cortex-A50 세대 또한 1세대 프로세스를 진행하게된다. 현재 ARM의 코어 전략은 거칠게 말하면, 1 프로세스 세대에 1CPU 코어 세대임을 알 수있다.

　Cortex-A57와 Cortex-A53의 두 코어는 명령 세트 전체 호환 대형 코어와 소형 코어를 결합함으로써 전력 효율적인 칩을 만드는 "big.LITTLE"아키텍처를 지원한다. 부하가 작은 작업시는 소형 (LITTLE) 코어에 부하가 높은 작업시는 대형 (big) 코어 스위치함으로써 최적의 전력 효율성을 제공한다. big.LITTLE 구성에서 20nm 이후의 첨단 프로세스를 사용 최적화함으로써 전력 효율을 현재의 5 배를 달성 할 때 ARM은 설명한다.

　물론  3배나  배 같은 숫자는 마케팅의 것으로, 실제 제품은 다르다. 하지만 ARM이 야심 찬 목표를 가지고있는 것은 확실하다.

●Cortex-A15를 베이스로 확장한 Cortex-A57 

성능에 포커스 한 Cortex-A57은 Cortex-A15의 파이프 라인을 기반으로 확장을 더하고있다. 실행 파이프 라인은 Cortex-A15와 마찬가지로 8 개에서 3 명령 디코딩이다. 그러나 ARM의 SIMD 명령이다 NEON의 부동 소수점 연산 성능은 끌어 올려지고있다. 64-bit시는 레지스터의 확장으로 더 약간의 성능 향상이 있다고 ARM의 아키텍트 Peter Greenhalgh 씨는 설명한다.

　64-bit의 구현은 가능한 한 기존의 32-bit시 하드웨어 자원을 재사용함으로써 단순화를 도모했다고한다. 예를 들어, ARM의 기존의 명령어 세트는 범용 레지스터는 13 +1 구성에서이 64-bit의 A64 명령어 세트는 31 +1로 바뀐다. 그러나 32-bit 때도 실제로 뱅크 전환 전환 레지스터를 물리적 레지스터로 구현했기 때문에 물리 레지스터 수는 총 33 개였다. 이것을 64 bit 때로는 비져블하고 사용할 수 있도록한다. 따라서 레지스터 길이는 32-bit에서 64-bit로 확장하지만, 물리 레지스터의 개수 자체는 변함 없다고한다.

또한 CPU 코어의 확장에 따라 시스템 버스도 확장되었다. 종래는 "CCI (Cache Coherent InterConnect) -400 '로 불리는 버스에서 멀티 코어를 연결하고 있었지만, 서버 전용의 대형 구성에서는"CCN (Cache Coherent Network) -504'로 불리는 버스로 16 코어까지 연결 및 코어간에 공유 L3 캐시도 지원한다.

　저전력 및 저비용에 초점을 맞춘 Cortex-A53는 Cortex-A7과 마찬가지로 간단한 오더 실행 코어에서 2 명령 디코드 실행 파이프 라인은 5. Cortex-A57가 Cortex-A15의 확장 인 것과 마찬가지로, Cortex-A53는 Cortex-A7의 확장이다. 현재 주력 인 Cortex-A9와 비교하면, 같은 프로세스 기술이라면 40 % 이상의 die size (반도체 본체의 면적). 32nm의 Cortex-A9와 20nm의 Cortex-A53을 비교하면, 25 %의 다이 크기가된다. 전력 효율은 Cortex-A9의 4 배라고 ARM은 설명한다.

● 서버와 네트워크 인프라가 다음 대상 

　ARM은 고성능의 Cortex-A57의 투입으로, 대상 제품 분야도 확장한다. 모바일뿐만 아니라 서버와 네트워크 인프라 (기지국) 등도 시야에 넣는다. 모두 전력 효율적인 CPU 코어의 고밀도 클러스터가 필요 해지고 있다고 ARM은보고있다. ARM Techcon의 첫날 기조 연설을 한 ARM의 Simon Segars 씨 (EVP and General Manager Processor ​​and Physical IP Divisons)는 "클라우드 화에서 서버의 데이터와 워크로드가 바뀌어왔다. 다양한 작은 데이터를 대량으로 취급되고, 저전력이 중요하게되었다 ","Amazon과 Facebook과 같은 작업은 ARM 프로세서에 적합하다 "고 설명한다.

　서버와 네트워크 인프라 등 새로운 시장에 ARM이 들어가는 데 필요한 요소가 64-bit의 ARMv8 명령 세트였다. 더 넓은 주소 공간을 지원함으로써 확장에 큰 시스템에 대응한다. 그러나 ARM의 아키텍트 Peter Greenhalgh 씨는 "모바일도 미래는 4GB를 넘는 메모리를 처리하는 소프트웨어를 위해 하드웨어 측은 지금부터 대응 해 둘 필요가있다"고 설명한다.

　그러나 대형화 된 코어는 소비 전력이 올라가 버린다. 따라서 작은 코어와 큰 코어로 전환하는 big.LITTLE을 ARMv8 세대에서 추진한다. ARM은 사내에서 2 개의 Cortex-A15 코어와 3 개의 Cortex-A7 코어를 실은 테스트 칩을 제작. 그 칩에서 실제로 big.LITTLE의 개념을 입증하고 좋은 성능 / 전력 효율을 얻었다 고 말한다.

　Cortex-A57와 Cortex-A53의 조합은 더 big.LITTLE 성능의 다이나믹 레인지가 넓어지며 ARM은 설명한다. 다이내믹 레인지가 넓으면 성능이 필요할 때 신속하게 단시간에 작업을 종료, 저전력 코어에 신속하게 전환 할 수있게된다.

● 16코어 이상의 서버까지 확산되는 Cortex-A50 세대 

　ARM은 Cortex-A57와 Cortex-A53에 의해 시장이 퍼지는 것으로, ARM 기반 SoC의 구성도 늘어날 것으로 예상하고있다. 스마트폰에서 태블릿, 모바일 컴퓨터, 서버까지 아래의 슬라이드와 같은 다양한 구성으로 Cortex-A50 패밀리가 사용되는 것으로 예상하고있다.

　사실, GPU 코어 및 특정 기능의 가속 등이 더해져,보다 복잡한 구성된다. 아래의 슬라이드는 ARM이 예상하는 Cortex-A50 세대 ARM 기반 제품의 모습이다. 

　ARM 64-bit 아키텍처에서는 64 bit OS에서 32-bit 애플리케이션을 실행할 수있다. CPU 자체는 하위 호환성을 위해 32 bit OS도 달린다. 따라서 모바일에서는 32 bit OS에서 32-bit 애플리케이션 서버에서는 64 bit OS와 응용 프로그램 중간 계층에서는 마이그레이션을 위해 64-bit OS에서 32-bit 및 64-bit의 두 어플을 달리게 등 솔루션을 상정 할 수있다. 덧붙여서, ARM은 ARMv8의 Cortex-A50를 낸 후에도 기존 32-bit의 ARMv7 명령어 세트의 Cortex-A 제품군도 계속된다고 설명하고있다.

● Cortex-A50 제품군의 라이센스업체는 6개 

　현재 Cortex-A50 계 CPU의 라이센스를받은 파트너 중 공개 된 것은 6 개. AMD, Samsung, STMicroelectronics, Broadcom, Calxeda, HiSilicon (중국 Huawei의 자회사)이다. 6 개사 중 HiSilicon을 제외한 5 개사의 대표가 ARM Techcon 무대에 섰다.

　이 조금 변칙적인 멤버로 알 수 있듯이 먼저 Cortex-A57에 달려든 사용자 메이커이 새로운 ARM 코어를 전통적인 ARM의 시장 인 모바일 이외 사용하려는 의도가 강하다. 서버를 대상으로 한 AMD와 Calxeda이 줄서는 것은 눈에 띈다. HiSilicon도 Cortex-A15를 16코어 사용한 네트워크 인프라 용 칩을 개발하고 있으며, Cortex-A50를 사용하는 목적이 모바일 이외의 부분에있는 것은 분명하다.

　AMD는 Cortex-A57을, 고밀도서버 분야에서 사용. ARM Techcon에 등장한 AMD의 대표가 AMD가 인수 한 고밀도 소형 코어 서버 메이커 SeaMicro의 CEO 인 Andrew Feldman 씨 (VP and CTO, Server Business Unit)이었던 것이, AMD의 자세를 상징하고있다 . 이 발표에서 AMD의 ARM 서버 SoC (System on a Chip)은 Cortex-A57 기반 할 공식적으로 밝혀졌다.

　AMD는 독자적인 마이크로 아키텍처의 ARM 코어를 개발하는 대신 Cortex-A57의 라이센스를 받는다. 그러나, AMD의 IP로 둘러싸는 것으로 차별화를 도모하는 Feldman 씨는 설명한다. AMD의 IP의 눈은 SeaMicro 상호 연결 기술 "Freedom Fabric"에서 고집적 소형 코어 서버를 만드는 것을 목표로하고있다. Freedom Fabric야말로 AMD가 SeaMicro을 인수 한 중요한 이유이며 그것이 ARM 서버에서 살게된다

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